נקודות מפתח של תעשיית הליבה של קרמיקה מתכתית

קרמיקה מתכתית היא חומרים מרוכבים המשלבים מתכת וקרמיקה בתהליך ספציפי. הם משלבים את הקשיות הגבוהה, ההתנגדות-לטמפרטורות גבוהות ועמידותם בפני קורוזיה של קרמיקה עם המוליכות החשמלית ויכולת העיבוד של מתכות. טכנולוגיית הליבה שלהם טמונה בהשגת חיבור אמין בין קרמיקה למתכת ומתכת באמצעות שינוי פני השטח. הם נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כמו אריזה אלקטרונית, אנרגיה ותעופה וחלל. להלן ניתוח מקיף של העקרונות הטכניים, תרחישי היישום, מצב התעשייה ומגמות הפיתוח:

הכנת קרמיקה מתכתית מחייבת התייחסות לבעיות כגון ההבדל במקדמי ההתפשטות התרמית בין קרמיקה למתכת, כמו גם חוזק התקשרות משטחי לא מספיק. תהליכי הזרם המרכזי כוללים:

1. ירי-בטמפרטורה גבוהה-(HTCC/LTCC):הגוף הירוק Alumina Metallized Ceramics ומוליך המתכת מושחתים בו זמנית בטמפרטורות גבוהות ליצירת מבנה משולב. זה מתאים למצעי מעגלים בתדר גבוה-.

2. נחושת מלוכדת ישירה (DBC):שיטה זו מחברת ישירות נייר נחושת למצע הרכיבים הקרמיים המתכתים באמצעות התכה בטמפרטורה- גבוהה. שיטה זו מציעה מוליכות תרמית גבוהה (המגיעה למעל 200 W/m·K) והיא משמשת בעיקר באריזת מכשירי חשמל.

3. הלחמת מתכת פעילה (AMB):שימוש במתכות מילוי הלחמה המכילות יסודות פעילים כגון טיטניום ליצירת קשר מתכתי על משטח המתכת הקרמי, תוך השגת חוזק קשר של שכבת מתכת העולה על 15 N/mm², תהליך זה הוא הזרם המרכזי עבור מצעי סיליקון ניטריד.

4. תרכוב-אלקטרופלינג מרוכב (SBC):שכבת זרעים נוצרת באמצעות התזת ואקום, ואחריה שכבת מתכת מעובה באמצעות ציפוי אלקטרו, השגת מתכת "אפס-נקבובית". חוזק הקשר עולה על 30 N/mm² והוא תואם למגוון חומרי קרמיקה אלומינה מתכתית.

יתרונות הביצועים של אלומינה מתכת זיכו אותם במעמד בולט בייצור-מתקדם:

מוליכות תרמית גבוהה:מצעי אלומיניום ניטריד מציעים מוליכות תרמית של 180-270 W/m·K, עדיפה משמעותית על מצעי אלומינה מסורתיים (20-30 W/m·K). הם נמצאים בשימוש נרחב בהתקני RF של תחנות בסיס 5G ובמודולי IGBT של רכבי אנרגיה חדשים.
בידוד גבוה:עם התנגדות בידוד העולה על 10¹²Ω במתחים גבוהים העולה על 1000V, הם מתאימים לציוד העברת כוח במתח גבוה- ומערכות בקרת אוויוניקה. עמידות סביבתית קיצונית: עומד במחזורי טמפרטורה מ--196 מעלות עד 200 מעלות, שמירה על ביצועים יציבים ברכיבים בטמפרטורה גבוהה של מנועי מטוסים וציוד לחקר חלל עמוק.

תרחישי יישום טיפוסיים:
1. אריזת מוליכים למחצה: משמש כמנשא שבבים וכגוף קירור, התומך בשילוב בצפיפות- גבוהה של שבבי תהליך מתקדמים.
2. אנרגיה חדשה: מצעי סיליקון ניטריד עבור מודולי IGBT הם מרכיבי ליבה של בקרי מנוע חדשים לרכבי אנרגיה, המשפיעים ישירות על יעילות האנרגיה של הרכב.
3. תעופה וחלל: בטנות תאי הבעירה של מנועי רקטות ומודולי כוח לוויינים משתמשים ברכיבים קרמיים מאלומינה כדי לעמוד בטמפרטורות קיצוניות וברעידות.
4. אוטומציה תעשייתית: חיישני טמפרטורה גבוהה- ורכיבי מכשירים מדויקים מסתמכים על יציבותם.

כחומר מפתח לייצור-מתקדם,קרמיקה מתכתיתפריצות דרך טכנולוגיות ושדרוגים תעשייתיים הם בעלי משמעות רבה לפיתוח עצמאי ומבוקר של התעשיות האסטרטגיות המתעוררות של סין. עם התקדמות הייצור המקומי וההרחבה המתמשכת של תרחישי היישום, מגזר זה צפוי להשיג קפיצת מדרגה מ"בעקבות" ל"ריצה לצד" ואף "להוביל" בעשור הקרוב.